QCM(Quartz Crystal Microbalance)是20世纪60年代出现的一种基于压电效应进行微质量测量的传感器装置,由于其测量精度可达纳克级,且结构简单、成本低、可实时监测,所以在生物医学、环境保护等领域应用广泛。然而实际应用中需要先拟合出质量与谐振频率偏移量的线性关系,然后才能投入使用,这限制了QCM的应用。另外,QCM表面电极对其受迫振动有影响,不同区域电极存在情况不同导致各区域在逆压电效应下引起的质点位移不同,因此QCM不同位置的质量灵敏度存在差异,所以QCM在应用中存在重复性低、测量误差大的问题,阻碍了QCM的推广应用。本文以石英晶体的压电特性和振动特性为基础,推导了QCM的质量灵敏度计算方式,并分析了影响QCM质量灵敏度的因素。本文的主要内容:1、从石英晶体的特性出发,介绍了石英晶体的压电效应、频率温度特性以及石英晶体谐振器的等效电路。2、在石英晶体压电方程和质点位移方程的基础上,分区域分析了石英晶体谐振器的受迫振动情况,得出QCM质量灵敏度的计算方法。通过Matlab仿真分析QCM的质量灵敏度分布,分析表明QCM电极中心的质量灵敏度最大,随着远离电极中心质量灵敏度呈指数级衰减。然后通过Matlab仿真分析电极厚度、电极尺寸、石英晶片厚度以及电极密度对质量灵敏度的影响,以便在设计时提供理论参考。由于能陷效应存在,QCM非电极区的范围要大于电极区,非电极区在质量测量中不容忽视,所以接着分析了非电极区在QCM质量测量过程中的影响。3、在液相下QCM的谐振频率偏移量与液体的粘弹性有关,在已知液体粘度和密度的情况下,可以通过公式计算出理论的QCM谐振频率偏移量。然后分别以水和有机试剂为被测物,测量QCM的频移并与理论频移值对比,实测值与理论值的最大误差不大于8.2%。